恭喜苏州市气象局;江苏省气候中心韦芬芬获国家专利权
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龙图腾网恭喜苏州市气象局;江苏省气候中心申请的专利一种二维城市冠层温室气体通量评估方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN117852905B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-03发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202311829907.4,技术领域涉及:G06Q10/0637;该发明授权一种二维城市冠层温室气体通量评估方法是由韦芬芬;徐家平;陈燕;郭小浩;吴玥;朱锦尧;惠品宏;陈慧敏;陆家豪;徐进设计研发完成,并于2023-12-28向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种二维城市冠层温室气体通量评估方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种二维城市冠层温室气体通量评估方法,涉及区域尺度温室气体通量评估技术领域,用于实现高时间分辨率的区域大气温室气体通量的估算。该技术可以解决传统方法角度中,IPCC自下而上的估算十分依赖能源统计数据本身的准确性和全面性,而大多数城市仍不具备使用这种方法的条件的问题。本发明从大气观测角度整合温室气体在线观测数据、风廓线雷达数据、微波辐射计数据和地面气象站数据等多源气象环境观测数据,进行质量控制,构建高精度数据集,基于二维箱式模型估算城市冠层水平温室气体浓度梯度和垂直通量,提供区域碳收支检测的新方案。
本发明授权一种二维城市冠层温室气体通量评估方法在权利要求书中公布了:1.一种二维城市冠层温室气体通量评估方法,包括数据准备及预处理模块和通量计算模块,其特征在于:数据准备及预处理模块:整合温室气体梯度在线观测数据、风廓线雷达数据、微波辐射计数据和地面气象站数据,并对数据进行质量控制,构建高精度数据集,具体概述如下:1温室气体梯度监测数据的质量控制S1:原始数据采集、原始数据的时间序列检查、原始数据的修订和台站值班记录信息进行观测员的质量控制以及专家级的质量控制,获取初步的有效数据集;S2:通过在线标定系统,采用多标气对大气观测数据进行标定和校准,并通过质量检查评估后,形成二次观测数据集;S3:应用箱式模型,引入“温室气体观测巡回对比”方式,即用同组国际可溯源标气对5个测站进行标定,采用“三点标校法”;质控后的温室气体数据满足世界气象组织WMO技术要求标准;2风廓线雷达和微波辐射计观测数据的质量控制风廓线雷达数据质量控制:首先使用平滑滤波算法、极小值连线法抑制地物杂波算法和谱峰搜寻算法对功率谱数据进行质量控制,其次使用一致性平均算法、中值检验算法和模式拼接算法对由谱矩参量估计生成的径向风数据进行质量控制,最后通过大量实际数据与探空气球数据进行对比验证;微波辐射计数据质量控制;对微波辐射计的温湿度廓线进行质量控制;首先,对大气温廓线和湿廓线进行逐层的极值检查,将超过气候极值范围的数据标记为疑误,若有1层及以上的数据不能通过检查,则廓线被标记为疑误;其次,逐层进行时间一致性检查,针对存在温度和湿度突变的疑误廓线,相邻时次,气象要素变化幅度应在一定范围内,若超过设定的范围则为疑误,若有一层及以上数据不能通过时间一致性检查,则廓线定为疑误廓线;第三,垂直一致性检查,针对垂直方向上可能存在野点和温度层际变化大的情况,设定温度垂直变化率的极值检查和标准差检查,超过一定设定值时,则廓线为疑误廓线;地面气象站数据质控;主要通过以下步骤:格式检查、缺测检查、界限值检查、主要范围变化检查、内部一致性检查、时间一致性检查、空间一致性检查、质量控制综合分析和数据质量标识;通量计算模块:本模型需要在城市尺度内建立5个及以上测站,形成十字形布局,从而开展主导风向上测站浓度差的计算;进一步结合边界层高度、风向风速进行大气温室气体垂直通量的计算,具体步骤如下:S1:边界层高度的确定利用风廓线雷达资料确定边界层高度:由于风廓线雷达接收的回波信号主要来自无线电折射指数的不均匀性,可以由折射率结构常数表征,在边界层顶有的峰值出现;本算法采用偏离度法对进行求导以放大其变量特征,根据廓线总体判断其连续突变或跃变特征来判断边界层高度;风廓线雷达分辨率小于10min,空间分辨率低于50m,但盲区大,难以捕捉较低的边界层,需结合微波辐射计资料进行二次确定,微波辐射计对云的穿透性好,受云的干扰小,提供不同天气条件下大气温度、湿度结构,且在低空垂直分辨率较高,可以弥补风廓线雷达低空盲区的缺陷,而其在高空分辨率低和反演误差大的缺陷则由风廓线雷达进行弥补,二者结合确定边界层高度;利用微波辐射计资料二次确定边界层高度:微波辐射计探测当有贴地逆温层存在时,边界层高度定义为贴地逆温层顶部,其他情况下定义为位温梯度最大的高度;S2:主导风向风速的确定主导风向是指风频最大的风向角的范围;分别统计不同时间段内不同风向出现的频率,按照风向频率最大值确定主导风向,再根据主导风向的风速进行数学平均计算,最终确定主导风向的主导风速;S3:温室气体水平浓度梯度的确定验证分析表明,沿风方向的浓度梯度远大于横风梯度,横风梯度较小,这个结果支持了二维箱式模型的前提:浓度梯度主要存在于沿风的方向,因为当气团穿过城市土地时,气体在气团中积累;故沿风的温室气体浓度梯度揭示了地表排放源的强度;水平浓度向量梯度如下: 水平浓度梯度确定:假设在水平三个点上测量的浓度分别为P1、P2和P3,这三个点形成一个以L为底,以H为高的三角形,水平浓度向量梯度为: S4:温室气体垂直通量的估算计算出水平浓度梯度后,沿主导风向的区域冠层的温室气体垂直通量为: 其中是温室气体沿主导风向的浓度差异,u为主导风向上的风速,H为边界层的高度,主导风向上的风速u由步骤S2确定,主导风向上的水平浓度梯度由步骤S3确定;这一方案中,温室气体的观测高度因结合城市冠层高度来设计,城市冠层高度的定义为城市区域建筑的平均高度,该垂直通量的估算方法适用于夜间稳定边界层,用于量化城市区域地表的温室气体收支状况。
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